Engineering iron single atomic sites with adjacent ZrO2 nanoclusters via ligand–assisted strategy for effective oxygen reduction reaction and high–performance Zn–air batteries

催化作用 纳米团簇 配体(生物化学) 电池(电) 材料科学 吸附 化学工程 碳纤维 密度泛函理论 纳米技术 化学 氧气 无机化学 物理化学 有机化学 计算化学 生物化学 受体 工程类 功率(物理) 物理 量子力学 复合数 复合材料
作者
Jie Zhang,Xinran Dong,Xing Wang,Yingjian Luo,Yihan Chen,Yali Xue,Chenyang Zhang,Jinwei Chen,Gang Wang,Ruilin Wang
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:420: 129938-129938 被引量:32
标识
DOI:10.1016/j.cej.2021.129938
摘要

Atomically dispersed iron–nitrogen–carbon (Fe–N–C) catalyst is a promising candidate to replace Pt for oxygen reduction reaction (ORR). To enhance ORR activity of Fe–N–C catalysts, the density and distribution of isolated Fe–N4 sites should be further optimized. Herein, a ligand–assisted strategy to synthesis of single atomic Fe–N–C derived from Zr–metal–organic frameworks (Zr–MOFs) is proposed. During preparation, –NO2 (from 2–nitroterephthalic acid ligands) in Zr–MOFs not only acts as the anchoring sites to capture Fe–polydopamine (FePDA) source but also plays a crucial role in modulating the Fe − N4 configuration. The resulting SA Fe@ZrO2/NC catalyst consists of FeN4 sites with adjacent ZrO2 in N–doped carbon, in which in–situ introduction of ZrO2 positively enhance O2 adsorption ability. Due to the moderate pore structure, atomically dispersed Fe–N4 active sites, and the strong interface interaction between isolated Fe atoms and ZrO2 nanocluster, the as–prepared catalyst exhibits comparable ORR activity and outstanding stability in alkaline solution. When assembled in a rechargeable Zn–air battery, the battery with SA Fe@ZrO2/NC air electrode delivers a stable open circuit voltage, high–power density (250 mW cm−2) and discharge specific capacity (730 mA h gZn−1). It also demonstrates a long cycle life and good rate performance. Density functional theory calculation results reveals that the adjacent ZrO2 nanocluster modulates the electron structure of Fe atoms in FeN4 sites with an improved ORR process and activity. This work provides a facile strategy for preparing efficient single atomic Fe–N–C catalyst to drive the oxygen reduction reaction in Zn–air batteries.

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
科研通AI6.2应助yxl采纳,获得10
1秒前
molihuakai应助科研通管家采纳,获得10
1秒前
桐桐应助科研通管家采纳,获得10
1秒前
ccm应助科研通管家采纳,获得10
1秒前
ding应助科研通管家采纳,获得10
1秒前
Lucas应助科研通管家采纳,获得10
1秒前
李健应助科研通管家采纳,获得10
2秒前
领导范儿应助科研通管家采纳,获得10
2秒前
2秒前
4秒前
6秒前
圣泽同学完成签到,获得积分10
6秒前
细腻听白发布了新的文献求助10
6秒前
pancover完成签到,获得积分20
11秒前
12秒前
科研通AI6.1应助霂梣采纳,获得10
12秒前
hxjcute完成签到 ,获得积分10
12秒前
Wyf发布了新的文献求助10
13秒前
14秒前
木子又又完成签到,获得积分10
15秒前
WWWUBING完成签到,获得积分10
15秒前
李健应助sunzyu采纳,获得10
16秒前
彼岸完成签到,获得积分10
17秒前
17秒前
吴小苏发布了新的文献求助10
18秒前
彩泥完成签到 ,获得积分10
19秒前
科研通AI2S应助有机小鸟采纳,获得10
20秒前
科研通AI6.1应助Jodie采纳,获得10
21秒前
23秒前
aaa发布了新的文献求助10
23秒前
NexusExplorer应助大力的飞荷采纳,获得10
25秒前
28秒前
nrghhjm发布了新的文献求助10
29秒前
霂梣发布了新的文献求助10
29秒前
wzymjfan发布了新的文献求助10
32秒前
DSB1234完成签到,获得积分20
33秒前
SDD完成签到 ,获得积分10
33秒前
33秒前
情怀应助chy采纳,获得10
34秒前
bkagyin应助nrghhjm采纳,获得10
36秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Developing Genetic Editing Tools for Lysobacter 2000
卤化钙钛矿人工突触的研究 2000
Моделирование процессов самоорганизации в кристаллообразующих системах 1000
History of U.S. Space Surveillance and Satellite Cataloging 1000
Malcolm Fraser : a biography 700
Handbook of Optical Systems,Volume 6:Advanced Physical Optics 666
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 物理 内科学 复合材料 催化作用 物理化学 光电子学 电极 细胞生物学 基因 无机化学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 6514946
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8308270
关于积分的说明 17755499
捐赠科研通 5616722
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2924787
邀请新用户注册赠送积分活动 1901839
关于科研通互助平台的介绍 1763153